Alternativen zu fossilen Brennstoffen
Warum alternative Energien?
Es gibt keinen Zweifel, erneuerbare Energien müssen einen wachsenden Beitrag zur weltweiten Energieversorgung leisten, weil die fossilen Energieträger endlich sind.
Zunächst ein paar Worte zur Begriffsklärung: Zu den erneuerbaren Energien zählt man all die Energiequellen, die sich stets aufs neue regenerieren. Im Gegensatz dazu stehen die nicht erneuerbaren Energiequellen, nämlich die fossilen Brennstoffe Erdgas, Erdöl, Kohle und Torf sowie Uran als Kernbrennstoff. Sie haben sich alle im Laufe der Erdgeschichte gebildet wie uns Christina bereits erzählt hat und werden durch ihre Nutzung ein für allemal aufgezehrt. Ihre Vorkommen sind begrenzt, werden also in absehbarer Zeit aufgebraucht sein.
Erneuerbar sind Wasserkraft, Sonnenenergie, Wind- und Wellenenergie, Biomasse, Geothermik (=Erdwärme), Gezeitenenergie. Neben dem großen Vorteil, unerschöpflich zu sein, haben fast alle erneuerbaren Energien den Nachteil, dass sie nicht sehr konzentriert auftreten. Sonne und Wind, aber auch Wellenenergie verteilen sich bei geringer Leistungsdichte gleichmäßig über Tausende Quadratkilometer, um sie einzufangen muss man ausgedehnte Anlagen errichten. Die gleichmäßige Verteilung kann aber mitunter auch als Vorteil gelten: Sonne und Wind stellen dezentrale Energieträger da, d. h. , dass sie fast an jedem Ort angezapft werden können, also auch unmittelbar dort, wo sie benötigt werden.
Eine Erhöhung der Energieausbeute durch Wasserkraft lässt sich vor allem durch eine Modernisierung bereits bestehender Kraftwerke erreichen.
Rund um den Globus tragen die alternativen Energien schon wesentlich zur Energieversorgung bei. Insbesondere in Entwicklungsländern werden jedoch sog. traditionelle Brennstoffe wie Holz, Holzkohle.. mangels bezahlbarer anderer Energie nach wie vor stark genutzt. Deshalb besteht die Forderung, umwelt- und ressourcenschonende Energienutzung deutlich zu verstärken und weiterzuentwickeln. Potentiale dazu sind vorhanden: Das Wasserkraftpotential anderer Kontinente ist längst nicht ausgeschöpft, Windenergie nur selten genutzt und die Solarenergie zur weltweiten Energieversorgung noch verschwindend gering.
Es liegt nahe, dass die an der Oberfläche vorhandene Erdwärme aus dem glühenden Erdkern stammt. 70 % des Wärmestroms haben aber eine andere Ursache: Beim radioaktiven Zerfall langlebiger Isotope des Urans und des Thoriums wird kontinuierlich Wärme erzeugt. Das gesamte Potential im Bereich der geothermischen Anomalien beträgt das 44fache des derzeitigen Weltbedarfs an Primärenergie pro Jahr. Geothermische Anomalien sind Gebiete bei denen das Magma nahe an die Oberfläche kommt, weil die Erdkruste keine einheitliche Hülle ist. Zur Nutzung wird Wasser mit sehr hohem Druck hineingepresst, es bilden sich Spalten im Gestein, dann wird das Wasser durch ein zweites Bohrloch als Heißwasser mit bis zu 300°C wieder heraufgebracht und über spezielle Wärmeaustauschen zur Erzeugung elektrischer Energie oder zur Bereitstellung von Heizwärme verwendet. In Bayern finden wir eine solche Nutzung in unsere Nähe: In Füssing und Griesbach beispielsweise, aber auch in Simbach am Inn wurde ein solches Wärmekraftwerk gebaut. In Deutschland wird die Geothermik jedoch auch in Zukunft nur einen geringen Anteil an der Energiedeckung haben.
Die Wasserkraft hat derzeit die größte Bedeutung. Dies hängt mit der Leistungsdichte zusammen. Die Nutzung der regenerativen Wasserkraft kann durch Laufwasserkraftwerke, Speicherwasserkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke sowie durch Gezeiten- und Wellenkraftwerke erfolgen. Relevant für die Stromerzeugung sind vor allem die ersten drei. An Bayerns Flüssen sind mehr als 4000 Wasserkraftwerke installiert. Der weitaus größt Anteil sind kleine Anlagen bis zu einer Leistung von 100kW, die zusammen rund 3% des Wasserkraftstrom liefern.
Ende 1997 waren in Deutschland nach Angaben des Windkraftverbands 5193 Windkraftwerke mit einer Gesamtleistung von über 2000 MW in Betrieb, die meisten davon in den windreichen Küstengebieten Schleswig-Holsteins und Niedersachsens. In den nächsten Jahren wird der Ausbau weiter zunehmen. Wegen der meteorologischen Bedingungen in Bayern sind selbst moderne Windräder nur an relativ wenigen Standorten wirtschaftlich sinnvoll. An den Küstenregionen ist die Stromerzeugung aus Windkraft mit Hilfe der gesetzlich festgelegten Einspeisevergütung durch die Stromversorgungsunternehmen auch schon ohne staatliche Förderung rentabel. Durch die Entwicklung größerer Rotoreinheiten können die Kosten weiter gesenkt werden.
Alles was wächst, ist Biomasse. Für die Energieversorgung besonders interessant ist seit jeher Holz, zukünftig aber auch Landschaftspflegeauswuchs, Stroh und spezielle Energiepflanzen. Biomasse ist ein immer wieder nachwachsender Rohstoff, der mit Hilfe von Sonne und Wasser aus dem Boden nachwächst. Ihre Nutzung ist durch den geschlossenen Kohlenstoffkreislauf unschädlich für das Klima. Im waldreichen Bayern werden Waldhackgut und Resthölzer zunehmend in hochmodernen Biomasse Heizwerken und Heizkraftwerken zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt. Raps ist das Ausgangsprodukt zur Herstellung von Rapsöl und Biodiesel, die in Fahrzeugen den herkömmlichen Dieselkraftstoff ersetzen können. In sog. Pflanzenöl-Blockheizkraftwerken wird gleichzeitig Strom und Wärme aus Rapsöl oder in seiner allgemeinen Form als Pflanzenöl erzeugt. In Biogasanlagen entsteht durch Vergärung von Biomasse Biogas, das ebenfalls in Blockheizkraftwerken energetisch genutzt werden kann. Biomasse ist heute neben der Wasserkraft der wichtigste erneuerbare Energieträger in Bayern. Sie deckt rund 3% des bayerischen Primärenergiebedarfs. Dieser Anteil soll auf 5% gesteigert werden.
Wasserstoff, das ist der Stoff auf den große Hoffnungen gesetzt werden. Er ist universell verwendbar und kann mit Hilfe von Brennstoffzellen-Technologie emissionsfrei in Wärme und Strom umgewandelt, sowie im Verkehrswesen verwendet werden. Im Prinzip ist die 150 Jahre alte Brennstoffzelle allen anderen Stromerzeugern mit Brennstoff überlegen: Sie wandelt Brennstoffe durch Oxidation direkt, hochwirksam und umweltverträglich in Strom um. Werkstoffprobleme haben jedoch ihre Entwicklung behindert. Die notwendigen Techniken zur Speicherung, Verwendung und Erzeugung von Wasserstoff müssen ebenfalls noch verbessert werden. Es gibt auf der Erde jedoch keine natürlichen Vorkommen und so muss er im Moment noch durch Einsatz von Primärenergie, etwa aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden oder aus Wasser durch Elektrolyse gewonnen werden. Er ist ein Energiespeicher, der es ermöglicht, auch andere Energieträger vielfältig zu nutzen.
Energetisch wurde er bisher nur aus Raketentreibstoff eingesetzt. Im Verkehrt bieten sich Wasserstoff und Brennstoffzellentechnik als Antriebssystem für Flugzeuge, Schiffe, Eisenbahnen und PKW an. Brennstoffzellen als Antriebsaggregate für Fahrzeuge haben nicht nur einen höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren, sie schonen auch die Umwelt. Die Automobilindustrie will ab 2003 Null-Emissions-Fahrzeug in Serie produzieren.
Die Sonne ist die Quelle nahezu aller erneuerbaren Energien. Der Energieinhalt der Sonneneinstrahlung auf die Erde übersteigt den Energiebedarf der gesamten Menschheit um ein Vielfaches. Die einfachst direkte Nutzung der Sonnenenergie erfolgt dadurch, dass Gebäude sonnenausgerichtet gebaut und gestaltet werden. Relativ einfach und in einigen Fällen bereits wirtschaftlich ist die Nutzung von Solarkollektoren zur Brauchwassererwärmung. Hier treten jedoch neben den Vorteilen auch viele Nachteile auf: Die Anschaffungskosten sind sehr hoch und können in einem einfachen Haushalt erst nach 25 Jahren Nutzung abgebaut werden, d.h. die Rentabilität einer solchen Anschaffung ist sehr gering. Im Winter vor allem ist kaum genügend Sonneneinstrahlung vorhanden, um das Wasser auf eine angenehme Temperatur zu erwärmen. Im Sommer fehlt im Gegensatz oft die Kapazität, um die überschüssige Warmwasserenergie zu speichern. Es ist also auch auf diesem Gebiet noch eine Menge Fortschritt nötig.
Die aufwendigste und teuerste Art Sonnenenergie zu nutzen, ist die direkte Umwandlung in Strom mittels Photovoltaik. Der Preis einer kW-Stunde liege bei 2 DM, bei Strom aus fossilen Energieträgern beträgt ca. 20 Pfennig. Kraftwerke, die Strom liefern können auch, im Gegensatz dazu rund um die Uhr liefern. Die Bedeutung der Photovoltaik liegt deshalb für uns noch in der Zukunft. Für sonnenreiche Entwicklungsregionen kann sie heute jedoch schon der Schlüssel zu Zivilisation und Fortschritt sein.
Abschließend lässt sich sagen, dass die meisten alternativen Energieträger noch nicht mit der Leistungsfähigkeit und dem Preis fossiler Energieträger mithalten können. Doch im Sinne der Umwelt wird ihr Anteil an der Energieversorgung Deutschlands in den nächsten Jahrzehnten durch technische Innovationen deutlich steigen.
Danke
Quellen: IZE, Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Verkehr und Technologie
Energienutzung Leistungsdichte
Sonnenstrahlung weniger als 1,4 kW je m2
Windenergie 0,5 kW je m2
Wasserkraft weniger als 0,05 kW je m2
Biomasseverbrennung 0,0003 kW je m2
Erdwärme 0,00004 kW je m2
zum Vergleich:
Kohle-, Kernkraftwerke 500 - 600 kW je m2
Erwärmung von Boden und Luft Wärmepumpe
Meereserwärmung und Strömung Strömungskraftwerk
Verdunstung, Niederschlag Wasserkraftwerk
Bewegung der Atmosphäre Windkonverter
Pflanzenwuchs, Bioproduktion Biomasseverbrennung
direkt Fotozelle, Kollektor
Erdinneres Geothermik Erdwärmekraftwerk
Gravitation Gezeiten Gezeitenkraftwerk
Erneuerbare Energien => regenerieren sich stets aufs Neue
Beispiele: Wasserkraft, Sonnenenergie, Wind- und Wellenenergie, Biomasse, Erdwärme (=Geothermik), Gezeitenenergie,..
Fossile Brennstoffe => sind endlich, begrenzt
Beispiele: Erdgas, Erdöl, Kohle, Torf, Uran (als Kernbrennstoff)
Vorteile erneuerbarerer Energien: unerschöpflich
umweltfreundlich
Nachteile: geringe Leistungsdichte
(im Moment noch) teuer
technisch noch nicht ausgereift
Geothermik: Erdwärme aus dem glühenden Erdkern bzw. durch radioaktiven Zerfall => heißes Wasser, Dampf zur Erzeugung elektrischer Energie bzw. Heizwärme
Wasserkraft: Wasserkraftwerke zur Erzeugung von Strom
Windenergie: Windräder vor allem an Küsten => Stromerzeugung
Biomasse: Nachwachsender Rohstoff, Ausgangsprodukt Raps => Herstellung von "Biodiesel", Wärme- und Stromerzeugung in Heiz(kraft)werken
Wasserstoff: Brennstoffzellentechnik, Umwandlung von Brennstoffen durch Oxidation direkt in Strom (keine Emission !) => Raketentreibstoff, Antriebssystem im Verkehr
Sonnenenergie: Nutzung von Solarkollektoren => Brauchwassererwärmung => im Moment noch geringe Rentabilität (Winter!), hohe Anschaffungskosten
Photovoltaik => Stromerzeugung, aber: sehr teuer
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